一、概述
1．么是IGBT
IGBT是“Insulated Gate Bipolar Transistor”的宿写，意思是“绝缘栅双极型功率三极管”，或“绝缘栅双极晶体管”，也有称为“绝缘栅双极场效应管”。它的基本结构是由“双极型三极管BJT”和“MOS绝缘栅型场效应管”组成的复合、全控型、电压驱动式电力电子器件。
2、IGBT的类型
IGBT分为两大类；一种是模压树脂密封的三端单体封装型，此种封装已从TO-3P到小型表面贴装形成系列；另一种是把IGBT与超快恢复二极管成对地一起封装起来的模型。
由于IGBT是强电流、高电压功率电力器件，其源-漏通道的重要极限参数即击穿电压UDSSB值比MOSFET（MOS场效应管或称功率场效应管）要大，其导通电阻RDSon数值比MOSFET的导通电阻低。
二、IGBT的结构与工作原理
1、IGBT的结构
在N沟道MOSFET的漏极N层上又附加上一层的P-N-PN+的四层结构。其结构如图所示。
2、IGBT的工作原理简述
从图a所示IGBT的内部结构示意图可见，IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压UGE形成沟道，给内部PNP型三极管提供基极电流，IGBT导通。反之，加反向栅极电压消除沟道，流过反向基极的电流，使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，故具有高输入阻抗
特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N-层的空穴（少子），对N-层进行电导调制，减小N-层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。
IGBT的工作特性包括静态和动态两类：
（1） 静态特性  IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。
    （2）动态特性
三、IGBT的性能特点与参数
1、IGBT的性能特点
（1）IGBT的开关速度高，开关损耗少。比如，工作电压在1000以上时，开关损耗只有GTR的1/10，与电力MOSFET相当。
（2）在相同电压和电流定额时，安全工作区较大；
（3）具有耐脉冲电流冲击能力
（4）通态压降低，特别是在电流较大的区域；
（5）输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似；
（6）IGBT的耐压高，通流能力强；
（7）IGBT的开关频率高；
（8）IGBT可实现大功率控制。
2、IGBT的主要技术参数
（1）最大集-射极间电压UCES 指IGBT集电极-发射极之间的最大允许电压。此电压通常由内部PNP寄生晶体管的击穿电压来确定；
（2）最大集电极电流Ic  指IGBT最大允许的集电极电流的平均值。包括额定直流电流Ic和1ms脉宽的脉冲电流；
（3）最大集电极功率Pcm  指IGBT在正常工作温度下所允许的最大功耗；
（4）最大工作频率fm  指适合IGBT正常工作得最高开关频率。
四、IGBT对驱动电路的要求
1、概述
由于IGBT是复合了功率场效应管与电力晶体管的所有优点而派生的一种新型功率器件，也是在年轻读者心目中比较生疏但又感兴趣的半导体器件。
2、IGBT对驱动电路的基本要求
（1）在IGBT的驱动电路中应提供适当的正、反向栅极电压UGE，使IGBT能可靠的导通和关断。一般来说，当正栅偏压+UGE的幅值较大时，IGBT的通态压降和导通损耗均会下降，这是所理想的。但+UGE过大时，则负载短路时其集电极电流Ic会随+UGE的增大而增大，不利于安全。所以，同常+UGE的值取+UGE＞15V最为适当。同样，负栅偏压－UGE的幅值也不能过大，若过大时，IGBT在关断时会产生较大的浪涌电流，导致引起IGBT模块电源是什么意思的误导通。所以，通常负栅偏压－UGE值取－UGE=－5V为宜。
（2）设计IGBT的驱动电路时，其开关时间应综合考虑。首先应该肯定，IGBT的快速导通和关断有利于提高其工作频率，并减小工作过程中的损耗；然而更应当考虑到在大电感负载下，IGBT导通和关断的工作频率不宜过高，因为其高速通、断会在电感负载两端产生很大的尖峰电压。这种尖峰电压必然会给IGBT造成威胁。
（3）当IGBT导通后，其驱动电路应继续提供规定时间的、足够的栅极电压与电流幅值，也就是说，驱动电路必须给出足够的脉宽，从而使IGBT在正常工作及过载情况下不至于退出饱和区而造成损坏。
（4）必须重视对IGBT驱动电路中的栅极串联电阻的RG取值的确定，因为此电阻阻值的大小对IGBT的工作性能有较大影响。
若RG值较大时，有利于抑制电流的变化率di/dt 和电压的变化率du/dt，但反过来又会增加IGBT的工作时间和开关损耗，这是一个矛盾。
若RG值较小时，会引起电流变化率di/dt和电压变化率du/dt增大，有可能引起IGBT的误导通或损坏IGBT管。所以，栅极串联电阻RG的取值应与具体驱动电路的电路结构和所用IGBT的
容量、参数结合起来合理选取才是。通常，RG的取值范围一般在几个欧姆到几十欧姆，对于较小容量的IGBT管，RG可稍大一些。
（5）IGBT驱动电路应有较强的抗干扰能力，并应具备对IGBT的保护功能。驱动电路、抗干扰电路、过压、过流保护和其他保护电路，都应与IGBT的开关速度相适应、相匹配。
另外，IGBT固有着一种对静电敏感的脆弱性，所以IGBT驱动电路应具有防静电措施，电路板需设计静电屏蔽。在电路板焊接工艺中，IGBT必须采取电烙铁无电焊接，并应注意在焊接之前必须保证IGBT的栅极G与发射极E一直保持短路连接，不得开路。
3、IGBT驱动电路的分类
IGBT的驱动电路通常分为以下三大类型：
（1）直接驱动法  所谓“直接驱动法”是指输入信号通过整形，经直流或交流放大后直接去“开”、“断”IGBT。这种驱动电路，其输入信号与被控制驱动的IGBT主回路共地。
（2）隔离驱动法  所谓“隔离驱动法”是指输入信号通过变压器或光电耦合器隔离输出后，经
直流或交流放大后直接去“开”、“断”IGBT。这种驱动电路，其输入信号与被控制驱动的IGBT主回路不共地，实现了输入与输出的电路的电气隔离，并具有较强的共模电压抑制能力。
（3）专用集成模块驱动法  所谓“集成模块驱动法”是指将驱动电路高度集成化，使其具有比较完善的驱动功能、抗干扰功能、自动保护功能，可实现对IGBT的最优驱动。这种驱动电路，其输入信号与被控制驱动的IGBT主回路不共地，也实现了输入与输出的电路的电气隔离，并具有较强的共模电压抑制能力。
五、IGBT的直接驱动
1、驱动电路
直接驱动法特点是电路结构简单、扼要。其电路如图所示。
2、直接驱动电路原理描述
  图所示采用了正、负双电源供电。一般来说，对于IGBT这样的特殊器件都要采取正、负双电源供电，只有这样才能使IGBT稳定的工作。电路工作原理很简单，输入信号经集成电路（施密特）IC整形后经缓冲限流电阻R2、加速电容Cj进入由VT1、VT2组成的有源负载方式放大器进行放大，以提供足够的门极电流。为了消除可能产生的寄生振荡，在IGBT栅极G与发射极E之间接入了RC阻尼网络。三
这种直接驱动电路适合于对较小容量IGBT的驱动。
六、IGBT的变压器隔离驱动
1、变压器隔离驱动法驱动电路。
2、变压器隔离驱动电路原理描述
输入信号经隔离变压器T初级线圈感应到次级线圈，经二极管整流、整形、电阻R2缓冲，在负载电阻上形成“开”、“断”脉冲，通过栅极串联电阻RG去控制IGBT管的导通和关断。由于输出偏压的大小可由变压器的匝数比得到实现，故电路未设计放大器。同样，为了消除可能产生的寄生振荡，在IGBT栅极G与发射极E之间接入了RC阻尼网络。
这种驱动电路适合于较小容量IGBT的驱动。
七、IGBT的光耦隔离驱动
1、光耦隔离驱动电路
2、光耦隔离驱动电路原理描述
  图所示IGBT电路采用了HU型光电耦合器。原理如下：
输入信号正脉冲点亮光电耦合器HU中的发光二极管LED，光敏二极管VF受光照射其动态电阻减小，使内三极管VT正偏而饱和导通，集电极电位变负，场效应管VT1截止夹断，其漏极电位升高，NPN型三极管VT2立即饱和导通，其正偏电压由+Ec经VT2、RG加到IGBT发射极E，使IGBT正偏而导通。
当输入信号负脉冲（或变为0电位）时，光电耦合器HU中的发光二极管LED灭，光敏二极管VF无光照射动态电阻剧增，使内三极管VT无偏压而截止，集电极电位变正，场效应管VT1开通，其漏极电位变负，PNP型三极管VT3立即饱和导通，其反偏电压由－Ec经VT3、RG加到IGBT发射极E，使IGBT反偏而关断。
这种驱动电路适合于较大容量IGBT的驱动。
八、IGBT的集成模块驱动
1、集成模块驱动电路
2、集成块驱动电路原理描述
图所示驱动电路中采用的集成块EXB840是一种IGBT专用高速型驱动模块，其最高工作频率fm可达40kHz，它能驱动75A/1200V的IGBT器件。在集成模块EXB840内部，借助2脚的+20V供电电压，利用稳压二极管VDz3产生－5V电压为IGBT的关断提供负偏压。由于15脚接高电平，故控制脉冲输入端14脚为低电平时IGBT导通；14脚为高电平时IGBT关断。
电路中的稳压二极管VDz4、VDz5为IGBT栅极电压的正向限幅保护；电容C1、C2为正反向
电源滤波电容；1脚外接钳位二极管VD2。此外，当集电极电流过大时，IGBT的饱和压降UCE将明显增大，使集电极电位升高，该电位的变化作为IGBT的过流信号送至6脚，通过内部保护电路使栅极电位逐渐下降，使IGBT延时截止。与此同时，5脚输出低电平，使保护电路光耦SO1导通，输出过流保护信号，对PWM输入信号提供一个封锁电位，使与门被封锁，中断PWM信号的进入。
次资料来自于《常用电子器件及典型应用》508页  书架号：73.63357

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。